ما هي الألياف الضوئية؟

الألياف الضوئية، أو كما تُعرف باللغة الإنجليزية “Fiber optics”، تمثل تقنية حديثة تُستخدم لنقل المعلومات عبر نبضات ضوئية باستخدام الألياف الزجاجية أو البلاستيكية. عادةً ما يحتوي كابل الألياف الضوئية على عدد كبير من هذه الألياف، قد يصل إلى عدة مئات، محاطة بطبقة زجاجية تُعرف بالكسوة (cladding)، والتي تعمل على حماية الألياف من خلال توفير طبقة عازلة تُسمى “buffer tube layer”، بينما تكون طبقة الغلاف (jacket layer) هي التي توفر الحماية النهائية للشريط الفردي.

دور الألياف الضوئية في الاتصالات

شهدت الألياف الضوئية انتشاراً واسعاً وزيادة في الاستخدامات على مر السنوات، حيث تتنوع تطبيقاتها في مجالات الاتصالات السلكية واللاسلكية، بدءًا من الشبكات العالمية وصولًا إلى أجهزة الكمبيوتر المكتبية. تتضمن هذه التقنية نقل الصوت والبيانات والفيديو عبر مسافات تختلف من أقل من متر إلى مئات الكيلومترات، مما يُمكّن الشركات من اعتماد أنظمة آمنة وموثوقة لنقل المعلومات المالية بين المباني أو إلى محطات سطح المكتب، وأيضًا لتسهيل نقل البيانات على مستوى عالمي. تشمل الاستخدامات المتنوعة للألياف الضوئية ما يلي:

الشبكات الحاسوبية والإرسال

تعد شبكات الكمبيوتر من الاستخدامات الشائعة للألياف الضوئية بفضل قدرتها على نقل البيانات بكفاءة عالية وتوفير عرض نطاق ترددي مرتفع، كما تُستخدم أيضًا في مجالات البث والإلكترونيات لتعزيز الأداء والاتصالات.

الإنترنت والتلفزيون الكابلي

يُعتبر كل من الإنترنت والتلفزيون الكابلي من أكثر تطبيقات الألياف الضوئية انتشارًا، حيث يتم تركيبها لتدعيم الاتصالات طويلة المدى بين الشبكات الحاسوبية في مواقع متعددة.

البيئات البحرية

تُستخدم الألياف الضوئية في الظروف البيئية القاسية، مثل الكابلات تحت سطح البحر، حيث يمكن غمرها في الماء دون الحاجة لاستبدال متكرر.

الاستخدامات العسكرية والفضائية

تستفيد الصناعات العسكرية والفضائية من الألياف الضوئية كوسيلة فعالة للاتصال ونقل الإشارات، بالإضافة إلى قدرتها على الاستشعار حراريًا، حيث تتميز كابلات الألياف الضوئية بخفة وزنها وحجمها الصغير.

الحقل الطبي

تستعمل الألياف الضوئية بشكل متكرر في عدة أدوات طبية، مثل أجهزة الاستشعار الطبية الحيوية التي تسهم في الإجراءات الطبية الطفيفة التوغل. ونتيجة لعدم تعرضها للتداخل الكهرومغناطيسي، فهي مثالية لعدة اختبارات مثل التصوير بالرنين المغناطيسي. تشمل التطبيقات الطبية الأخرى للألياف الضوئية التصوير بالأشعة السينية، التنظير الداخلي، العلاج الضوئي، والفحص المجهري الجراحي.

لماذا تعتبر الألياف الضوئية الخيار المثالي لنقل البيانات؟

توفر الاتصالات باستخدام الألياف الضوئية عددًا من الفوائد لدى مقارنتها بطرق نقل البيانات الأخرى، مثل الأسلاك النحاسية، ومنها:

السرعة

تتيح الألياف الضوئية تحقيق سرعات نقل بيانات أعلى بكثير من التقنيات التقليدية؛ في حين يمكن لتقنيات الإنترنت النحاسية نقل البيانات بسرعة تصل إلى 50 ميجابت في الثانية، يمكن للألياف الضوئية توفير سرعات تتجاوز 1 جيجابت في الثانية وقد تم اختبارها بنجاح بسرعات تزيد بمقدار 1000 مرة.

المسافة

فيما يتعلق بمسافات الإرسال، تظهر الألياف الضوئية كخيار متفوق، حيث يمكنها نقل البيانات لمسافات عشرات الأميال مع الحد الأدنى من فقدان الإشارة، نظرًا لاستخدام هذه الكابلات للضوء بدلاً من الكهرباء.

الخصائص المادية

عند مقارنة الخصائص المادية لكابلات الألياف الضوئية مع الوسائط الأخرى، نجد أن كابلات الألياف الضوئية أخف وزنًا بكثير، وصغر قطرها، وقابليتها العالية لمقاومة التآكل والصدأ بفضل تركيبها غير المعدني، مما يجعلها الخيار الأمثل في مجال الاتصالات اليوم.

مزايا وعيوب الألياف الضوئية

تشمل فوائد كابلات الألياف الضوئية ما يلي:

• عرض نطاق ترددي أعلى مقارنة بالكابلات النحاسية.
• فقدان أقل للطاقة مما يسمح بإرسال البيانات لمسافات أطول.
• مقاومة التداخل الكهرومغناطيسي.
• حجم كابل الألياف أفضل من الأسلاك النحاسية بــ 4.5 مرة.
• وزن أخف وسماكة أقل مما يؤدي إلى شغل مساحة أقل بالمقارنة مع الأسلاك المعدنية.
• سهولة في التركيب بفضل الوزن الخفيف.
• مرونة عالية، حيث يمكنها الانحناء بسهولة وتتحمل معظم العناصر الحمضية التي تؤثر على الأسلاك النحاسية.

بينما تتمثل عيوب كابلات الألياف الضوئية في:

• صعوبة في دمج كابلات الألياف الضوئية، حيث يمكن أن يحدث فقد في الشعاع داخل الكابل بسبب التشتت.
• ارتفاع تكلفة تركيب هذه الكابلات بالإضافة إلى تكلفة معدات الاختبار.
• كابلات الألياف الضوئية معرضة للكسر وضعيفة جدًا أثناء التركيب، مما يجعلها أكثر حساسية بالمقارنة مع الأسلاك النحاسية.
• تحتاج إلى أجهزة خاصة للتأكد من صحة إرسال كابلات الألياف.